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天宫一号目标飞行器主体结构焊接技术负责人陈树君校友

必威官网:2012-06-22被阅次数:1675来源:betway必威登录必威官网

 

我为“天宫”焊“外衣”


    陈树君教授,男,1971年生,1990年考入betway必威登录焊接工艺及设备专业攻读学士、硕士和博士学位,1999年进入北京工业大学机械设计及理论博士后流动站从事博士后研究工作,2001年留校任教并评定副教授职称,2006年评定教授职称,2010年获博导资格。 

北京日报2012年06月22日报道
    http://tech.sina.com.cn/d/2012-06-22/10557300691.shtml

“感觉良好!”18日17时07分,视频上传来航天员景海鹏从神舟九号飞船顺利进入天宫一号的画面和声音。守在电视机前的北京工业大学教授陈树君心中,一颗悬了两年的石头终于落了地。

如此关注“天神之吻”,不为别的,因为薄如蝉翼的天宫“外衣”是陈树君带领科研团队亲手焊上去的。

作为我国首个进入太空的目标飞行器,天宫一号身长超过10米,宽度超过3米。太空环境十分复杂,昼夜温差极大,要保障航天员安全,必须保证天宫一号的密封性和可靠性,对焊接工艺提出了极高要求。

“身材庞大的天宫一号,铝合金外壳其实很薄,仅有2毫米。”陈树君说,如此之薄的巨大“布料”还不能摆在平地或平台上焊,而要采用变极性等离子弧(VPPA)技术,垂直立向焊接成严丝合缝的圆筒形,才能成为天宫的“外衣”。

VPPA 焊接技术,用先凝固的焊缝“托住”熔池,等离子射流直接穿透被焊工件,形成一个贯穿工件厚度方向的小孔。随着小孔垂直上移,熔融金属沿孔壁向下流淌形成焊缝。铝合金材料无需背面保护,即可实现单面一次焊双面良好成形。这种工艺焊缝气孔率极低、密封性好、精度高,是太空设备首选的焊接方式。

然而,这样高精度的焊接,国内此前鲜有尝试。也曾考虑过引进设备。但是,掌握设备的外国单位对中国航天开出了3000万元的“天价”。

“搞VPPA焊接设备,最初就是为了压低进口设备的报价。”陈树君坦言。但是项目上马之初,外国人并不相信中国人能攻破这项技术。

北京工业大学焊接学术团队瞄准这项国际先进技术开始攻关。

首先是电源技术。焊接天宫一号,先进行纵向焊接,再环状焊接,每道电焊起弧1个半小时,电源必须绝对稳定,确保电弧不出现任何波动。否则,天宫一号的“外衣”就会留下一道突起的“刀疤”,影响安全。

资料室、实验室、生产车间,陈树君和团队成员不知放弃了多少个休息日,终于发现了保持电源稳定的关键因素。

解决了电源难题,科研人员并没有感到轻松。天宫一号“穿衣”,先要进行纵向焊接,再进行环状焊接,每道电焊起弧90分钟,必须建立宽泛的稳定工艺区间,实现首尾完美搭接。

难题一个个摆上桌面,又被科研人员一个个“拿下”,国产高精度变极性等离子弧焊机研制成功。

“我们在电源技术上刚有所突破,外方焊接设备的报价就从3000万元降到了1200万元。国产整机一问世,国外产品报价马上降到600万元。”陈树君说,通过有关部门的检测,自主研发的国产焊机最终替代了进口产品,成为为天宫一号“穿衣”的“裁缝”。

2009年底,国产VPPA环缝焊接收弧填孔问题完美解决,天宫一号正样一次焊接成功。对天宫一号焊缝进行氦质谱检漏,漏率小于10的负8次方,达到国际先进标准,可以确保天宫一号在轨安全运行8年。

另据千龙网2012-06-21报道:
    http://nv.qianlong.com/33530/2012/06/21/1640@8058869.htm

天宫一号目标飞行器主体结构焊接技术负责人、北京工业大学教授陈树君透露,我国自主研发的变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊技术能确保天宫一号外壳在太空中使用8年。

“天宫一号飞行器顺利经受住了太空环境的考验,从目前表现看,天宫一号外壳使用8年没有问题,可远远超出两年使用寿命的预期。”陈树君介绍说,作为我国首个进入太空的目标飞行器,天宫一号体积庞大,加上太空环境复杂,昼夜温差极大,对焊接工艺提出了极高要求。

陈树君说,北京工业大学焊接学术团队在焊接天宫一号时先进行纵向焊接,再环状焊接,焊缝总长约100米,每道焊缝电焊起弧1个半小时,电源必须确保电弧不出现任何波动。最终完工时,天宫一号进行氦质谱检漏,漏率小于10的负8次方,确保了这间“大房子”外壳必须严丝合缝。

据记者了解,焊接天宫一号采用的这项“VPPA穿孔立焊技术”是北京工业大学焊接学术团队自主研发的。这项技术综合了“变极性焊接”、“等离子弧焊接”和“穿孔焊接”的优点,同时为解决液相铝合金粘性小,熔池不易保持的问题,采用垂直立向上施焊方式,用先凝固的焊缝“托住”熔池。这样,等离子射流直接穿透被焊工件,形成一个贯穿工件厚度方向的小孔。

“随着小孔的垂直向上移动,熔融金属沿孔壁向下流淌形成焊缝。”据陈树君解释,中等厚度的铝合金在不开坡口、不需背面强制成形保护条件下,可以实现单面一次焊双面良好成形。铝合金的VPPA穿孔立焊工艺使熔融金属向下流淌过程扩大了熔池液相金属表面积大幅增加了气泡的溢出机会,焊缝气孔率极低,被称为“无缺陷焊接工艺”。

陈树君表示,“变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊工艺及装备”在“天宫一号”上面的成功应用,标志着我国成为继美国之后第二个掌握该项技术的国家。

 

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